第三章 实验 探究弹簧弹力与形变的关系-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习课时作业word（新教材，教科版）

实验　探究弹簧弹力与形变的关系 1.(多选)在“探究弹簧弹力与形变的关系”的实验中,下列说法错误的是(　AD　) A.测量弹簧原长时应将弹簧平放于水平桌面 B.弹簧竖直悬挂于铁架台的横梁上,刻度尺应竖直固定在弹簧附近 C.在弹簧下端挂钩码时,不能挂太多钩码,以保证弹簧处于弹性限 度内 D.若误将弹簧总长为横坐标,弹力为纵坐标,作Fl图像,根据该图像无法求弹簧的劲度系数 解析:由于弹簧有自重,所以应使弹簧在竖直方向时测原长,故A错误;弹簧竖直悬挂于铁架台的横梁上,刻度尺应竖直固定在弹簧附近,故B正确;在弹簧下端挂钩码时,不能挂太多钩码,以免使弹簧超过弹性限度,故C正确;把弹簧总长作横坐标、弹簧弹力作纵坐标作图像,图像在横轴上有截距,但图线斜率仍表示弹簧劲度系数,故D错误。 2.(多选)如图甲所示,在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中,某实验小组以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的长度L为横轴建立直角坐标系,作出FL图像,然后该小组将与图甲中完全相同的两根弹簧相继以图乙、图丙的方式连接后变成一个新弹簧重复图甲中的实验操作,最后依次作出图丁中a、b、c三条图线。忽略弹簧自身的质量,则下列说法正确的是(　AD　) A.图丙中弹簧的等效原长是20 cm B.图乙中两根弹簧的等效劲度系数是2 N/m C.三个实验说明弹簧的劲度系数与弹簧的伸长量有关 D.在相同外力的作用下,图乙的伸长量最小 解析:根据图丁中的图线a可知,弹簧的劲度系数k==100 N/m,则两个弹簧串联的等效劲度系数为k串==50 N/m,并联的等效劲度系数为k并=2k=200 N/m,分析可得,图丁中的图线c表示的是两个弹簧串联,则图线和横坐标轴的交点即是弹簧的等效原长,为20 cm,B错误,A正确;本次实验只是说明弹簧的弹力与弹簧的伸长量之间的关系,弹簧的劲度系数与弹簧的伸长量无关,C错误;在相同外力的作用下,根据胡克定律知,图乙的劲度系数最大,则伸长量最小,D正确。 3.某同学在研究学习中,利用所学的知识解决了如下问题:一轻弹簧竖直悬挂在某一深度为h=25 cm,且开口向下的小筒中(没有外力的作用时弹簧的下部分位于筒内,但施加拉力的测力计可以与弹簧的下端接触),如图甲所示。如果本实验的长度测量工具只能测出筒的下端弹簧的长度L。现要测出弹簧的原长L0和弹簧的劲度系数,该同学通过改变L而测出对应的弹力F,作出FL变化的图线如图乙所示,则弹簧的劲度系数为　　　　N/m,弹簧的原长L0=　　　　cm。 解析:根据胡克定律有F=k(L+h-L0),由此可知FL的图像中图线斜率表示弹簧的劲度系数k,则k==100 N/m;当L=0时,F=10 N,根据胡克定律有F=k(h-L0),则L0=h-=25 cm-=0.15 m=15 cm。 答案:100　15 4.某同学在实验室里拿出一根弹簧利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力与形变的关系”的实验。 (1)他通过实验得到如图乙所示的弹力F与弹簧长度l的关系图像。由此图像可得该弹簧的原长l0=　　　　 cm,劲度系数k=　　　N/m。 (2)这位同学把这根弹簧做成了一个弹簧测力计,当弹簧测力计上的示数为3 N时,里面弹簧的长度l′=　　　　 cm。 (3)关于本实验中的实验操作及实验结果,以下说法正确的是　　　。 (多选) A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度 B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证钩码处于静止状态再读数据 C.用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D.在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持竖直状态 解析:(1)Fl图像的横截距表示弹簧的原长,斜率表示劲度系数,则l0=4 cm,k==50 N/m。 (2)当弹簧弹力大小为3 N时,根据胡克定律可知该弹簧的伸长量为 Δx===0.06 m=6 cm,此时弹簧长度l′=l0+Δx=4 cm+6 cm=10 cm。 (3)弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度,否则弹簧会被损坏,故A正确;用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要保证弹簧稳定后,即处于静止状态再读数,故B正确;弹簧的伸长量等于弹簧拉伸后的长度减去弹簧原长,不等于弹簧的长度,故C错误;弹簧稳定后处于竖直状态,故在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持竖直状态,故D正确。 答案:(1)4　50　(2)10　(3)ABD 5.在“探究弹簧弹力与形变的关系”的实验中,为了避免弹簧自身所受重力对实验的影响,某小组在实验室组装了如图甲所示的装置。根据测得的数据绘出了弹簧弹力F随弹簧长度L的变化图线,如图乙所示。回答下列问题: (1)实验结论:弹簧弹力和弹簧形变量的关系为　　　　　　。  (2)由图像得:该弹簧的原长为　　　 　　 cm,弹簧的劲度系数为 　　　　　N/m。 (3)图线末端发生弯曲的原因是